วิชาเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ โดย ดร.ประภาพร บุญปลอด มหาวิทยาลัยราชภัฎสุรินทร์

1. GPS
Global
Positioning
System
1

2. GPS คือ อะไร?
•GPS เป็น เครือ งมือ หา
่
ตำา แหน่ง พิก ด
ั
ภูม ศ าสตร์บ นพืน ผิว
ิ
้
โลกโดยอาศัย
สัญ ญาณอ้า งอิง จาก
ระบบดาวเทีย ม
2

3. GPS ใช้ท ำา อะไร?
•GPS เป็น เครื่อ งมือ ช่ว ย
“ฉัน
อยู่ท ี่ไ หนบนโลก
ใบนี้ ?”
ตอบคำา ถามว่า
3

4. • ชื่อ เต็ม คือ NAVSTAR GPS =
NAVigation System with
Time And Ranging Global
Positioning System
• พัฒ นาขึ้น โดยกระทรวง
กลาโหม ประเทศ
สหรัฐ อเมริก า
• ทำา งานโดยอาศัย ระบบ
ดาวเทีย ม เริ่ม ปล่อ ยสูว งโคจร
่
ในปี ค.ศ. 1978
4
• ไม่จ ำา กัด จำา นวนผู้ใ ช้

5. ระบบ GPS มี 3 ส่ว น
ประกอบ
The Space Segment
- ระบบดาวเทีย มใน
วงโคจรรอบโลก
The Control
Segment- สถานี
ควบคุม ซึง ตั้ง อยู่
่
บริเ วณแนว
เส้น ศูน ย์ส ต ร
ู
The User
Segmentผู้
ใช้ส ญ ญาณ
ั
5

6. 1) THE
SPACE
• ดาวเทีย ม 24SEG6
ดวงใน
วงโคจร (ระบบการวัด
MENT ย ดาวเทีย ม
ตำา แหน่ง อาศั
อย่า งน้อ ย 4 ดวง)
• บนแต่ล ะวงโคจร
ประกอบด้ว ยดาวเทีย ม 4
- 5 ดวง ระนาบวงโคจร
เอีย งทำา มุม 55° กับ แกน
โลก ที่ ระดับ ความสูง
20200 กิโ ลเมตรเหนือ
ผิว โลก
• ดาวเทีย มโคจรครบรอบ
6
ทุก 12 ชัว โมง
่

7. ระบบสัญ ญาณจาก
ดาวเทีย ม wave in L-band
• 2 carrier
– L1=1575.42 MHz
(10.23x154)
– L2=1227.60 MHz
(10.23x120)
• 2 codes
– C/A code - Coarse/
Acquisition code
•millisecond code
length
– P code - Precision code
•267 days length
• Satellite Message
Almanac, Ephemeris,
Correction parameter
7
ตร์เ ยาวชนช้า งเผือ กซีเ มนต์ไ ทย ครั้ง ที่ 13

8. GPS Data Structure
8

9. Calculating the
distance to the
satellite
• การคำา นวณระยะทาง ใช้
สมการ
“Distance = Velocity x
Time”
– Velocity คือ ความเร็ว
ของสัญ ญาณวิท ยุเ ท่า กับ
290,000 Km/hr
– Time คือ เวลาที่
9

10. Calculating the Global
Positionด ตัด กัน ของ
ณ จุ
•
ระยะทางจาก
ดาวเทีย ม 3 ดวง
สามารถระบุ
ตำา แหน่ง พิก ัด บน
พื้น โลก
• ระบบ GPS ใช้
ระยะคำา นวณวัด
10

11. 2) THE CONTROL
SEGMENT
่
• หน้า ทีข องสถานีค วบคุม ภาคพื้น ดิน
– Calibrates and Synchronize
ระบบเวลา
– ประเมิน แนวโคจรของดาวเทีย ม
แต่ล ะดวง
– ประเมิน ค่า ความผิด พลาดจาก
ตำา แหน่ง ดาวเทีย มแต่ล ะดวง
11
– ส่ง ข้อ มูล คำา สั่ง สู่ด าวเทีย ม

12. GPS Receiver Block
Diagram
12

13. Differentially
corrected position
(DGPS)
• การแก้ค วามคลาดเคลื่อ นทีเ กิด ขึ้น ในระบบ
่
การวัด ตำา แหน่ง พิก ด โดยอาศัย ดาวเทีย ม
ั
– ความคลาดเคลื่อ นของนาฬิก า
– ความคลาดเคลื่อ นเนือ งจากวงโคจรของ
่
ดาวเทีย ม
– Selective Availability - S/A
13

14. ความคลาดเคลื่อ นจาก
นาฬิก า(Satellite and
•Receiver Clock Errors)
ถึง แม้น าฬิก าบนดาวเทีย มจะมีค วามแม่น ยำา
ถึง 10-14 วิน าที บางครั้ง ก็อ าจเกิด ความคลาด
เคลื่อ น ส่ง ผลกระทบต่อ การคำา นวณตำา แหน่ง
• ความคลาดเคลื่อ นนี้ส ามารถแก้ไ ขจากสถานี
ควบคุม ภาคพื้น ดิน
14

15. ความคลาดเคลื่อ นเนื่อ งมาจาก
วงโคจร
Dilution •of Precision
ความสัม พัน ธ์ร ะหว่า งระยะ
ห่า งและตำ
(DOP) า แหน่ง ของ
ดาวเทีย มในวงโคจร
• Dilution of Precision ใน
ระนาบต่า งๆ
– ่อ นสูง
างไม่เ หมาะสม - ตำา แหน่ง คลาดเคลืVDOP - vertical
direction
– HDOP - horizontal
direction
– PDOP - position - 3D
– GDOP - Geometry 3D+Time
15
ระยะห่า งเหมาะสม - ตำา แหน่ง คลาดเคลื่อ น

16. การเลือ กกำา หนดความเบีย ง
่
เบน
Selective Availability
• ควบคุม โดยกระทรวงกลาโหมของประเทศ
สหรัฐ อเมริก า (U.S.(S/A)
Department of
Defense)
• เพือ ป้อ งกัน ไม่ใ ห้ก ำา ลัง ศัต รูส ามารถใช้
่
ประโยชน์จ ากความแม่น ยำา ของ GPS โดยตั้ง
ให้ม ค วามคลาดเคลื่อ นไว้ใ นระบบ
ี
• อเมริก าประกาศจะยกเลิก S/A ในปี 2006
16

17. ความคลาดเคลื่อ นจากชัน
้
บรรยากาศ(Ionospheric
and atmospheric delays)
้
– ความหนาแน่น ของบรรยากาศชัน
ionosphere อาจเปลีย นแปลงไป
่
ตามสภาวะบนดวงอาทิต ย์
– มวลของไอนำ้า ในบรรยากาศ
สามารถส่ง ผลกระทบต่อ คลื่น
สัคลื่น สัญ ญาณระหว่า งตำา แหน่ง
ญ ญาณ
ดาวเทีย มใกล้ผ ิว โลกจะถูก
ตร์เ ยาวชนช้า งเผือ กซีเ มนต์ไ ทย ครั้ง ที่ 13
ผลกระทบได้ม ากกว่า จาก
17

18. ความคลาดเคลื่อ นจากการ
ตกกระทบ (Multipath
Error)
• เกิด ขึ้น เมื่อ เสาอากาศของเครื่อ งรับ
สัญ ญาณไปตั้ง อยู่ใ กล้ก ับ พื้น ผิว
สะท้อ นขนาดใหญ่ เช่น ทะเลสาบ
หรือ อาคารสูง สัญ ญาณจาก
ดาวเทีย มตกกระทบพื้น ผิว ข้า งเคีย งนี้
ก่อ นแล้ว จึง สะท้อ นเข้า เครื่อ งรับ
ทำา ให้ผ ลการวัด ผิด พลาด
18

19. 3) THE USER
SEGMENT งรับ
• ผูใ ช้เ ครื่อ
้
สัญ ญาณ GPS เพื่อ
กิจ การต่า งๆ
– การสำา รวจ
(Surveying)
– การนำา ทางภาคพื้น
ดิน (Land
Navigation)
– Marine
Navigation
– Machine Control
– etc.
19

20. Autonomous
Navigationง
• ใช้เ ครื่อ งรับ สัญ ญาณเพีย
เครื่อ งเดีย ว รับ สัญ ญาณ C/A
Code เลือ กระยะ
“psudorange” จากตำา แหน่ง
ดาวเทีย ม 4 ดวงหรือ มากกว่า
เพือ ระบุพ ก ัด ของเครื่อ งรับ
่
ิ
• มีค วามถูก ต้อ งภายในระยะ
ประมาณ 100 เมตรสำา หรับ
พลเรือ น
• ถูก ต้อ งในระยะ 5-15 เมตร
สำา หรับ กิจ การทหาร
20

21. Differentially
Corrected
Positioning -DGPS
•รับ สัญ ญาณ C/A code
•ความถูก ต้อ งระหว่า ง
0.5 - 5 เมตร
•ใช้ใ นการเก็บ ข้อ มูล
GIS
•การเดิน เรือ ในแม่น ำ้า
หรือ ที่จ ำา กัด
21

22. Differential
Phase Position
•รับ คลื่น สัญ ญาณ L1 or
L2 carrier wave
•ความถูก ต้อ งระหว่า ง 0.520 mm
•ใช้ใ นงานสำา รวจรัง วัด
•การควบคุม เครื่อ งจัก รกล
22

23. Why use GPS?
• เมือ ไม่ม ี Line of Sight
่
• Any time of day and
night/ All weather
• Very high geodetic
accuracy
• สามารถปฏิบ ัต ิง านได้ร วดเร็ว
ด้ว ยกำา ลัง คนจำา นวนน้อ ย
23